Phononic system composed of periodical elastic structures exhibit band gap phenomenon, and all elastic wave cannot propagate within the band gap. In this article, we consider one-dimensional binary materials which are periodically arranged as a 20-layered medium instead of infinite layered system for phononic system. The layered medium with finite dimension is subjected to a uniformly distributed sinusoidal loading at the upper surface, and the bottom surface is assumed to be traction free. The transient wave propagation in the 20-layered medium is analyzed by Laplace transform technique. The analytical solutions are presented in the transform domain and the numerical Laplace inversion (Durbin's formula) is performed to obtain the transient response in time domain. The numerical results show that when a sinusoidal loading with a specific frequency within band gap is applied, stress response will be significantly decayed if the receiver is away from the source. However, when a sinusoidal force with frequency is out of band gap, the attenuation of the stress response is not obvious as that in the band gap.
An analytical method is presented to solve the problem of transient wave propagation in a transversely isotropic piezoelectric hollow sphere subjected to thermal shock and electric excitation. Exact expressions for the transient responses of displacements, stresses, electric displacement and electric potentials in the piezoelectric hollow sphere are obtained by means of Hankel transform, Laplace transform, and inverse transforms. Using Hermite non-linear interpolation method solves Volterra integral equation of the second kind involved in the exact expression, which is caused by interaction between thermo-elastic field and thermo-electric field. Thus, an analytical solution for the problem of transient wave propagation in a transversely isotropic piezoelectric hollow sphere is obtained. Finally, some numerical results are carried out, and may be used as a reference to solve other transient coupled problems of thermo-electro-elasticity.
Cui, Chun Y.;Meng, Kun;Wu, Ya J.;Chapman, David;Liang, Zhi M.
Geomechanics and Engineering
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v.16
no.6
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pp.609-618
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2018
A new mechanical model for predicting the vibration of a pipe pile embedded in longitudinally layered visco-elastic media with radial inhomogeneity is proposed by extending Novak's plain-strain model and complex stiffness method to consider viscous-type damping. The analytical solutions for the dynamic impedance, the velocity admittance and the reflected signal of wave velocity at the pile head are also derived and subsequently verified by comparison with existing solutions. An extensive parametric analysis is further performed to examine the effects of shear modulus, viscous damping coefficient, coefficient of disturbance degree, weakening or strengthening range of surrounding soil and longitudinal soft or hard interbedded layer on the velocity admittance and the reflected signal of wave velocity at the pile head. It is demonstrated that the proposed model and the obtained solutions provide extensive possibilities for practical application compared with previous related studies.
Muzamal Hussain;Mohamed A. Khadimallah;Hamdi Ayed;Emad Ghandourah;Abir Mouldi;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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v.17
no.4
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pp.315-321
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2024
Here, vibration of double walled carbon nanotubes is evaluated using Euler-Bernoulli beam model. These tubes are placed on Winkler elastic foundation. A simple Galerkin's approach is presented to solve the tube governing equations and for extracting of vibration eigen-frequencies of double walled carbon nanotubes. The procedure is easy for computer programming with various combinations of boundary conditions. The frequency influence is observed with different parameters. Effects of Winkler foundation versus frequencies with varying lengths is examined for a number of boundary conditions. It is noticed that the frequencies are lower for higher length on increasing the Winkler foundation. The frequencies of clamped-clamped are higher than that of clamped simply supported end condition. The obtained results are compared with some experimental ones.
Yong, Hwan Sun;Kim, Yun Hwan;Park, Yong Chan;Song, Su Yeop
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.6
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pp.803-811
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2002
Current composite steel and concrete bridges are designed using full-interaction theory assuming there is no relative slip, between the steel and concrete components along their interface, because of the complexities of partial-interaction analysis techniques. However, in the assessment of existing composite bridges this simplification may not be warranted as it is often necesary to extract the correct capacity and endurance from the structure. This may only be achieved using partial-interaction theory which tuly reflects the behaviour of the structure. In this paper, Parametric analyses have been carried out in order to confirm the partial-interaction curvatures with deflection effect using the finite element method. Therefore, the model is considered for simply supported steel and concrete composite bridges with a uniform distribution of connectors subjected to a single concentrated load. For the case studies, this study applicate a parameters such as the number and space of stud shear connector and elastic modulus of concrete slabs. From this study, it is known that partial-interaction effect was in the increase to the increasing the deflection of composite bridges, and stiffness and strength of slab concrete considering the occurrence of crack effect seriously to the partial-interaction behavior.
Wang, Weiqi;Ye, Yicheng;Wang, Qihu;Luo, Binyu;Wang, Jie;Liu, Yang
Geomechanics and Engineering
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v.21
no.6
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pp.571-582
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2020
Aiming at the mechanical and structural characteristics of the contact zone composite rock, the uniaxial compression tests and numerical studies were carried out. The interaction forms and formation mechanisms at the contact interfaces of different materials were analyzed to reveal the effect of interaction on the mechanical behavior of composite samples. The research demonstrated that there are three types of interactions between the two materials at the contact interface: constraint parallel to the interface, squeezing perpendicular to the interface, and shear stress on the interface. The interaction is mainly affected by the differences in Poisson's ratio and elastic modulus of the two materials, stronger interface adhesion, and larger interface inclination. The interaction weakens the strength and stiffness of the composite sample, and the magnitude of weakening is positively correlated with the degree of difference in the mechanical properties of the materials. The tensile-shear stress derived from the interaction results in the axial tensile fracture perpendicular to the interface and the interfacial shear facture. Tensile cracks in stronger material will propagation into the weaker material through the bonded interface. The larger inclination angle of the interface enhances the effect of composite tensile/shear failure on the overall sample.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.4
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pp.15-22
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2003
Seismic design codes developed taking into account the strong earthquakes may result in unnecessary economical loss in the low seismic area, and the importance of the performance based design considering the soil-structure interaction is recognized for the reasonable seismic design. In this study. elastic and inelastic seismic response analyses of a single degree of freedom system on the soft soil layer were performed considering the nonlinearity of the soil for the 1 weak earthquakes scaled to the nominal peak accelerations of 0.07g and 0.11g. The seismic response analyses were performed in one step applying the earthquake motions to the bedrock, utilizing a pseudo 3-D dynamic analysis software of the soil-structure system. The study results indicated that seismic response spectra of a system assuming the rigid base or the linear soil layer does not represent the true behavior of a structure-soil system, and it is necessary to take into account the nonlinear soil-structure interaction effects and to perform the performance based seismic design for the various soil layers, having different characteristics, rather than to follow the routine design procedures specified in the design codes for the reasonable seismic design. The nonlinearity of the soft soil excited with the weak seismic motions also affected significantly on the elastic and inelastic seismic response spectra of a system due to the nonlinear soil amplification of the earthquake motions, and it was pronounced especially for the elastic response spectra.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.8
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pp.456-464
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2016
Increasing the strength of structural materials allows their self-weight to be reduced and this, in turn, enables the structures to satisfy esthetic requirements. The yield strength of high-performance steel is almost 480 MPa, which is approximately 50% higher than that of general structural steel. The use of high strength materials, however, makes the sections more slender, which can potentially result in significant local stability problems. The strength of slender element sections might be governed by their elastic buckling behavior, and the elastic buckling strength is very sensitive to the boundary conditions. Because the web provides the boundary conditions of the compressive thin-flange, the stiffness of the web can affect the elastic buckling strength of the flange. In this study, therefore, the effects of the flange and web slenderness ratios on the elastic flange local buckling of I-girders subjected to a pure bending moment were evaluated by finite element analysis (FEA). The analysis results show that the elastic local buckling strength and buckling modes were affected not only by the web support conditions, but also by the flange and web slenderness ratios.
The beams components subjected to the loading such as axial, bending and cyclic thermal loads were studied in this research. The used constitutive equations are those of elasto-plasticity coupled to ductile and/or creep damage. The nonlinear kinematic hardening behavior was considered in elastoplasticity modeling. The unified damage law proposed for ductile failure and fatigue by the author of Sermage et al. (2000) and Kachanov's creep damage model applied to cyclic creep and low cycle fatigue of beams. Based on the results of the analysis, the shakedown limit loads were determined through the calculation of the residual strains developed in the beam analysis. The iterative technique determines the shakedown limit load in an iterative manner by performing a series of full coupled elastic-plastic and continuum damage cyclic loading modeling. The maximum load carrying capacity of the beam can withstand, were determined and imposed on the Bree's interaction diagram. Comparison between the shakedown diagrams generated by or without creep and/or ductile damage for the loading patterns was presented.
In this paper a bridge flutter prediction is performed by using advanced numerical simulation. Two novel approaches were developed simultaneously by utilizing the ANSYS v12.1 commercial software package. The first one is a fluid-structure interaction simulation involving the three-dimensional elastic motion of a bridge deck and the fluid flow around it. The second one is an updated forced oscillation technique based on the dynamic mode shapes of the bridge. An aeroelastic wind tunnel model was constructed in order to validate the numerical results. Good agreement between the numerical results and the measurements proves the applicability of the novel methods in bridge flutter assessment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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